ZA elektromagnes Jest to urządzenie wytwarzające magnetyzm z prądu elektrycznego. Jeśli prąd elektryczny ustanie, znika również pole magnetyczne. W 1820 roku odkryto, że prąd elektryczny wytwarza w swoim otoczeniu pole magnetyczne. Cztery lata później wynaleziono i zbudowano pierwszy elektromagnes.
Pierwszy elektromagnes składał się z żelaznej podkowy pomalowanej lakierem izolacyjnym, a wokół niego nawinięto osiemnaście zwojów miedzianego drutu bez izolacji elektrycznej..
Współczesne elektromagnesy mogą mieć różne kształty w zależności od końcowego zastosowania, jakie zostanie im nadane; i to kabel jest izolowany lakierem, a nie żelazny rdzeń. Najpopularniejszym kształtem żelaznego rdzenia jest walcowaty, na który nawinięty jest izolowany drut miedziany.
Elektromagnes może być wykonany z samym uzwojeniem wytwarzającym pole magnetyczne, ale żelazny rdzeń zwielokrotnia intensywność pola.
Kiedy prąd elektryczny przepływa przez uzwojenie elektromagnesu, żelazny rdzeń zostaje namagnesowany. Oznacza to, że wewnętrzne momenty magnetyczne materiału wyrównują się i sumują, intensyfikując całkowite pole magnetyczne..
Magnetyzm jako taki jest znany co najmniej od 600 roku pne, kiedy grecki Tales z Miletu szczegółowo mówi o magnesie. Magnetyt, minerał żelaza, wytwarza magnetyzm w sposób naturalny i trwały.
Indeks artykułów
Niewątpliwą zaletą elektromagnesów jest to, że pole magnetyczne może być ustalane, zwiększane, zmniejszane lub usuwane poprzez sterowanie prądem elektrycznym. Przy produkcji magnesów trwałych konieczne są elektromagnesy.
Dlaczego tak się dzieje? Odpowiedź jest taka, że magnetyzm jest nieodłącznym elementem materii, podobnie jak elektryczności, ale oba zjawiska przejawiają się tylko w określonych warunkach..
Można jednak powiedzieć, że źródłem pola magnetycznego są ruchome ładunki elektryczne lub prąd elektryczny. Wewnątrz materii, na poziomie atomowym i molekularnym, wytwarzane są te prądy, które wytwarzają pola magnetyczne we wszystkich kierunkach, które wzajemnie się znoszą. Dlatego materiały zwykle nie wykazują magnetyzmu..
Najlepszym sposobem na wyjaśnienie tego jest myślenie, że wewnątrz materii znajdują się małe magnesy (momenty magnetyczne), które są skierowane we wszystkich kierunkach, więc ich makroskopowy efekt jest anulowany..
W materiałach ferromagnetycznych momenty magnetyczne mogą wyrównywać się i tworzyć obszary zwane domeny magnetyczne. Po zastosowaniu pola zewnętrznego te domeny są wyrównane.
Po usunięciu pola zewnętrznego domeny te nie wracają do swojej pierwotnej losowej pozycji, ale pozostają częściowo wyrównane. W ten sposób materiał zostaje namagnesowany i tworzy magnes trwały..
Elektromagnes składa się z:
- Uzwojenie kabla izolowane lakierem.
- Żelazny rdzeń (opcjonalnie).
- Źródło prądu, które może być stałe lub przemienne.
Uzwojenie jest przewodnikiem, przez który przepływa prąd wytwarzający pole magnetyczne i jest nawijany w postaci sprężyny.
W uzwojeniu zwoje lub zwoje są zwykle bardzo blisko siebie. Dlatego niezwykle ważne jest, aby drut, z którego wykonane jest uzwojenie, posiadał izolację elektryczną, co uzyskuje się dzięki specjalnemu lakierowaniu. Celem lakierowania jest to, że nawet gdy cewki są zgrupowane i stykają się ze sobą, pozostają izolowane elektrycznie, a prąd kontynuuje spiralny przebieg.
Im grubszy przewód uzwojenia, tym większy prąd wytrzyma kabel, ale ogranicza całkowitą liczbę zwojów, które można nawinąć. Z tego powodu wiele cewek elektromagnesów używa cienkiego drutu.
Wytworzone pole magnetyczne będzie proporcjonalne do prądu przepływającego przez przewodnik uzwojenia, a także proporcjonalne do gęstości zwojów. Oznacza to, że im więcej zwojów na jednostkę długości jest umieszczonych, tym większe jest natężenie pola..
Im ciaśniejsze zwoje uzwojenia, tym większa liczba, która zmieści się na danej długości, zwiększając ich gęstość, a tym samym wynikowe pole. Jest to kolejny powód, dla którego elektromagnesy używają kabla izolowanego lakierem zamiast tworzywa sztucznego lub innego materiału, co zwiększyłoby grubość.
W elektromagnesie lub elektromagnesie cylindrycznym, takim jak ten pokazany na rysunku 2, natężenie pola magnetycznego będzie określone przez następującą zależność:
B = μ⋅n⋅I
Gdzie B to pole magnetyczne (lub indukcja magnetyczna), które w jednostkach układu międzynarodowego jest mierzone w Tesli, μ to przenikalność magnetyczna rdzenia, n to gęstość zwojów lub liczba zwojów na metr i wreszcie prąd I krążący przez uzwojenie mierzony w amperach (A).
Przenikalność magnetyczna rdzenia żelaznego zależy od jego stopu i jest zwykle od 200 do 5000 razy większa niż przepuszczalność powietrza. Wynikowe pole jest mnożone przez ten sam współczynnik w stosunku do pola elektromagnesu bez żelaznego rdzenia. Przepuszczalność powietrza jest w przybliżeniu równa próżni, która wynosi μ0= 1,26 × 10-6 T * m / A.
Aby zrozumieć działanie elektromagnesu, konieczne jest zrozumienie fizyki magnetyzmu.
Zacznijmy od prostego prostego drutu przenoszącego prąd I, ten prąd wytwarza pole magnetyczne B wokół drutu.
Linie pola magnetycznego wokół prostego drutu są koncentrycznymi okręgami wokół przewodu doprowadzającego. Linie pola są zgodne z regułą prawej ręki, to znaczy, jeśli kciuk prawej ręki wskazuje kierunek prądu, pozostałe cztery palce prawej ręki wskażą kierunek krążenia linii pola magnetycznego..
Pole magnetyczne wywołane prostym przewodem w odległości r od niego wynosi:
Załóżmy, że zginamy drut tak, że tworzy okrąg lub pętlę, a następnie linie pola magnetycznego po jego wewnętrznej stronie zbiegają się, wskazując wszystkie w tym samym kierunku, dodając i wzmacniając. W środku pętla lub koło pole jest bardziej intensywne niż w części zewnętrznej, gdzie linie pola rozdzielają się i osłabiają.
Powstałe pole magnetyczne w środku pętli o promieniu do który przenosi prąd ja to:
Efekt mnoży się, jeśli za każdym razem zginamy kabel tak, aby miał dwa, trzy, cztery, ... i wiele zwojów. Kiedy nawijamy kabel w formie sprężyny o bardzo zwartych zwojach, pole magnetyczne wewnątrz sprężyny jest jednolite i bardzo intensywne, podczas gdy na zewnątrz jest praktycznie zerowe..
Załóżmy, że zwijamy kabel w spiralę o 30 zwojach na 1 cm długości i 1 cm średnicy. Daje to gęstość zwojów 3000 zwojów na metr.
W idealnym solenoidzie pole magnetyczne w jego wnętrzu jest wyrażone przez:
Podsumowując, nasze obliczenia dla kabla przenoszącego 1 amper prądu i obliczające pole magnetyczne w mikrotesli, zawsze 0,5 cm od kabla w różnych konfiguracjach:
Ale jeśli dodamy do spirali żelazny rdzeń o względnej przenikalności równej 100, to pole zostanie pomnożone 100 razy, czyli 0,37 Tesli.
Możliwe jest również obliczenie siły, jaką elektromagnes elektromagnetyczny wywiera na odcinek rdzenia żelaznego o przekroju poprzecznym DO:
Zakładając nasycenie pola magnetycznego o wartości 1,6 tesli, siła na metr kwadratowy powierzchni rdzenia żelaznego wywierana przez elektromagnes wyniesie 10 ^ 6 niutonów, co odpowiada sile 10 ^ 5 kilogramów, czyli 0,1 tony na metr kwadratowy przekroju poprzecznego..
Oznacza to, że elektromagnes o polu nasycenia 1,6 Tesli wywiera siłę 10 kg na 1 cm żelazny rdzeń.dwa Przekrój.
Elektromagnesy są częścią wielu gadżetów i urządzeń. Na przykład są obecne w środku:
- Silniki elektryczne.
- Alternatory i dynama.
- Głośniki.
- Przekaźniki lub przełączniki elektromechaniczne.
- Dzwonki elektryczne.
- Zawory elektromagnetyczne do kontroli przepływu.
- Komputerowe dyski twarde.
- Dźwigi do podnoszenia złomu.
- Separatory metali z odpadów komunalnych.
- Elektryczne hamulce pociągów i ciężarówek.
- Maszyny do obrazowania metodą jądrowego rezonansu magnetycznego.
I wiele innych urządzeń.
Jeszcze bez komentarzy